餘熱發電及供暖一體化系統及其工藝流程的製作方法

2024-03-09 11:08:15 4

專利名稱：餘熱發電及供暖一體化系統及其工藝流程的製作方法
技術領域：
本發明涉及中低溫餘熱發電及高溫除塵材料技術領域，適用於冶金、水泥、建材、 化工和陶瓷行業生產過程中產生的中低溫煙氣餘熱進行利用，特別適用於餘熱發電及供暖 一體化設備系統及工藝流程。
背景技術：
水泥、冶金、建材、化工、陶瓷等工業企業全天向外排放250-650°C左右的中低溫煙 氣、蒸汽、熱水等可利用的餘熱資源。這部分白白排放掉的資源屬於中、低溫餘熱。如果回 收利用，每年產生的巨大能量相當於重新發現了一個世界級的大煤礦。目前，對於如上所述的行業生產過程產生的餘熱資源，利用大致有兩種方式一種 是熱利用，直接利用其熱能供生產或生活需要，其利用率非常低；另一種是利用餘熱資源將 其轉換成電能，目前主要採用的是帶補燃鍋爐或純低溫不帶補燃的餘熱發電技術，這二種 技術有利有弊，如帶補燃鍋爐的餘熱發電技術一般利用換熱器產生飽和蒸汽或熱水，然後 用燃料把飽和蒸汽或熱水在補燃鍋爐中加熱到比較高的參數，再通過常規的汽輪發電機組 發出電來。這種技術的缺點很明顯由於使用了補燃鍋爐，因此整個系統比較複雜，運行不 穩定且運行成本很高，在生產系統產生汙染的同時加大汙染係數(硫排放等)，必須浪費煤 碳等不可再生資源。而純低溫不帶補燃的餘熱發電技術，餘熱利用效率普遍不理想，餘熱轉 換效率低，發電量少，投資大。帶補燃鍋爐的餘熱發電技術和純低溫不帶補燃的餘熱發電技術目前都存在以下 三個問題①傳熱管經常被灰堵，時間稍長餘熱鍋爐的效率就逐步降低，直至無法滿足發電 需要，而這個過程目前大約三個月_六個月左右就可能會發生一次，造成系統不得不停機 檢修②傳熱管被顆粒物衝刷時間一長就會發生磨損以至洩漏，造成系統癱瘓，甚至影響生 產線的安全和正常運行。(如水泥生產線餘熱發電，約半年左右就可能產生此問題)③經餘 熱發電利用後的煙氣一般在150°C左右就被排入大氣，被熱電廠放的低溫餘熱佔到整個餘 熱資源的30%左右，此部分餘熱在上述帶補燃鍋爐的餘熱發電技術和純低溫不帶補燃的餘 熱發電技術的系統裡均得不到有效利用。④部分窯爐的煙氣含燃料氣，以一氧化碳和氫氣 為主，這二種氣體具有高爆性，如果有空氣進入就會引發爆炸，因這個安全原因也造成部分 應建餘熱項目不得放棄。

發明內容
為克服如上所述技術上存在的四個缺陷和問題，本發明的目的是提供一種餘熱發 電及供暖一體化設備系統及工藝流程，使水泥、冶金、鋼鐵、化工、陶瓷等工業生產領域的中 低溫煙氣餘熱能得以更高效利用，使餘熱綜合利用效率達到80%以上，同時杜絕傳熱管磨 損、灰堵、爆炸等問題的產生，降低餘熱發電系統的設備故障率，提高系統的運行效率和安 全性。為實現上述這種發明目的，本發明採用如下技術方案
所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，具有設置在餘熱鍋爐前端的陶瓷 纖維高溫除塵器，250-650°C左右的中低溫煙氣經除塵後，轉化為乾淨且不含顆粒物的煙 氣；煙氣經極速導熱式熱管型餘熱發電鍋爐，生成中高壓蒸汽，中高壓主蒸汽經混合後通過 管道進入補汽凝汽式汽輪機，低壓蒸汽經補汽管道補入汽輪機；汽輪機尾部乏汽進入凝汽 器，凝結水通過凝結水泵和管道進入真空除氧器，在除氧器內經除氧後的水通過鍋爐給水 泵進入鍋爐；經極速導熱式熱管型餘熱發電鍋爐利用後排放的150°C左右的低溫煙氣進入 極速導熱式供暖裝置，產生80°C左右的熱水後送入供暖系統，同時80°C左右的煙氣經煙囪 直接排出。所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其設置在餘熱出口端的極速導熱 式熱管型餘熱鍋爐採用立式自然循環，核心部件採用極速導熱熱管，具有效率高、傳熱快等 特點，是一種新型高效傳熱元件。常規水管鍋爐水的汽化在水管內進行，水管內水沸騰容易 產生傳熱不穩定現象，極速導熱式熱管型餘熱鍋爐水的汽化是在管外汽包內沸騰。常規鍋 爐只能靠水管內表面對水傳熱，而熱管可加肋片或翅片，傳熱面積則遠大於水管，極速導熱 式熱管型餘熱鍋爐的換熱元件為單個的獨立熱管，其整體結構簡單，有個別熱管發生損壞， 不影響整個鍋爐的運行，維修方便。具有以下特點①熱管與鍋體的連接為特殊密封的可拆卸的連接，結構新穎獨特，如有損壞只要 更換其中單根或部分即可，這樣設計既方便了設備的維修與維護，也提高了設備的投資經 濟性。②根據工況的不同及煙氣化學成分的組成，熱管下部吸熱段可為光管式也可設計 成翅片式。③熱管放熱段直接插入鍋體中，既減少了換熱中間環節，又降低了設備總體高度， 使廠房高度也得以降低，從而減少了總投資。④使用壽命長，運行維護簡單，工人勞動強度低，安全性能好。膜式受熱面，帶有 兩個汽包；煙氣管路自上而下通過鍋爐，先後經過布置在鍋爐內部的高壓過熱器、高壓蒸發 器，低壓過熱器、低壓蒸發器和公共加熱器；窯頭餘熱鍋爐前設置了相應的自然沉降除灰裝 置；窯頭鍋爐的傳熱管為螺旋翅片管。所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其設置在餘熱出口的極速導熱式 熱管型餘熱鍋爐傳熱管根據帶翅片和不帶翅片等結構的不同設置有各類型的脈衝式噴吹 裝置，如圖(2)所示煙氣進入陶瓷除塵器後，內部用作脈衝氣體的氣源採用氦氣，用氦氣 作為噴吹用氣、所有煙道停運前後充氣保護氣和引風機軸封氣。通過這種工藝來隔絕空氣 進入整個餘熱發電系統，以達到防止氣體爆燃和因一氧化碳及氫氣含量過高而引起的爆 炸。煙氣輸送用煙道和除塵器箱體及餘熱鍋爐取熱箱部分均採用緊固密封，包括所有儀表 接口、人孔、頂蓋、法蘭，防止空氣進入。陶瓷纖維除塵器下部灰鬥採用氮氣閉鎖旋轉閥，每 班次排灰一次，保證良好密封和防止空氣自灰鬥進入系統。在陶瓷纖維除塵器箱體及餘熱 鍋爐取熱箱體上裝有高防爆門，陶瓷纖維除塵器、餘熱鍋爐等單獨的分體設備前後端均設 置有旁路，當系統中含氧量超過3. 2%時，系統會自動切入旁路，保證主體設備正常運行。所述的中低溫餘熱發電及供暖一體化系統的工藝流程，從餘熱鍋爐出來後的 150°C左右煙氣進入極速導熱式熱管型供暖裝置，產生80°C左右的供暖用熱水，熱水經供暖 管路系統送出。
由於採用了如上所述技術方案，本發明具有如下優越性該餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，由於其採用了極速導熱式熱管型餘熱 鍋爐，在大幅提高餘熱利用效率，提高鍋爐效率，杜絕了傳統餘熱鍋爐因傳熱管磨損而引發 系統癱瘓問題的發生，同時因為採用陶瓷纖維高溫除塵器，將塵含量控制在50mg/m3之內， 所以灰堵的概率大大降低，從而提高整個餘熱發電系統的穩定性，確保連續運行的可靠性， 並且用氦氣作為噴吹用氣、所有煙道停運前後充氣保護氣和引風機軸封氣，通過這種工藝 來隔絕空氣進入整個餘熱發電系統，以達到防止氣體爆燃和因一氧化碳及氫氣含量過高而 引起的爆炸。另外一方面，發電與供暖可同步進行，就象熱電聯產一樣，使餘熱資源的利用 效率超過80%以上，進一步降低生產企業的運行及生產成本。上述技術方案可根據工況調 整系統設備的配置，可調式的系統參數設計，確保最佳運行參數。由於上述技術方案100%利用廢煙氣發電和供暖，大大降低了熱汙染和生產企業 的生產成本，以25000T/D幹法水泥生產線配套建設純低溫餘熱發電項目為例，相當於每年 少燒2. 5萬噸煤，少向大氣中排放3. 8萬噸二氧化碳，利於環境保護，降低生產成本的同時 提高了企業的競爭力和企業形象，真正循著綠色循環經濟的發展之路前行。上述技術方案設置煙氣、汽輪機旁通系統，即使在鍋爐或汽輪機發生故障時，也不 影響生產線的穩定生產。餘熱發電和供暖系統的運行對生產過程沒有任何影響。該餘熱發電及供暖系統 90%以上可在國內有條件的壓力容器廠自製或採購，設備投資較低，具有很好的投資經濟 性。隨著節能減排等國家戰略和政策的進一步推廣及實施，上述技術在高能耗等領域有著 非常好的推廣和發展前景。圖面說明

圖1是餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝及工藝流程圖如圖1中所示1 一窯爐，2 —陶瓷纖維除塵器，3 一熱管餘熱鍋爐，4 一餘熱供暖裝 置，5 —煙囪，6 —汽輪機，7 —發電機，8 —冷凝器，9 一水泵，10 一真空除氧器，11 一水泵，12
一冷卻塔。圖2是餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝流程中保護性氮氣裝置流程示意 圖如圖2中所示1 一窯爐，2 —除塵器，3 一灰鬥，4 一熱管餘熱鍋爐，5 —熱管供熱 裝置，6 —高溫引風機，7 —煙囪，8 —氮氣，9 一氮氣加熱器。
具體實施例方式如圖1、2中所示餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，具有設置在煙氣出口 的全部承擔加熱功能和生成中低壓蒸汽的熱管餘熱鍋爐(3)；餘熱鍋爐所生成的中低壓主 蒸汽經混合後通過管道進入補汽凝汽式汽輪機(6)，低壓蒸汽經補汽管道補入汽輪機汽 輪機尾部乏汽進入凝汽器(8)，凝結水通過凝結水泵(9)和管道進入真空除氧器(10)，在除 氧器內經除氧後的水通過鍋爐給水泵(9)進入鍋爐；換熱後的廢氣經管路進入餘熱供暖裝 置(4)，經煙囪(5)排出。在進入除塵器的鍋爐進出口段，根據圖2中所示煙氣經圖2中 氮氣(8)及氮氣加熱器(9)進行保護，以避免出現爆氣或爆燃等意外情況的發生。除鹽水通過給水泵(9)進入窯頭餘熱鍋爐(3)，餘熱鍋爐產生的蒸汽分別進入補汽凝汽式汽輪機(6)，蒸汽做功後進入凝汽器(8)內凝結成水，凝結水通過給水泵(9)進入 餘熱鍋爐。
權利要求
一種適用於冶金行業窯爐和水泥及玻璃窯爐的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其特徵在於所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統，具有設置在餘熱出口端的承擔生成中高壓蒸汽的極速導熱型熱管式餘熱鍋爐(3)；設置在餘熱鍋爐前端的能耐8000c陶瓷纖維高溫除塵器(2)；設置在餘熱鍋爐後端的極速導熱型熱管式供暖裝置(4)；煙氣經陶瓷纖維高溫除塵器脫除掉塵和顆粒物；塵含量小於50mg/m3的煙氣經極速導熱型熱管式餘熱鍋爐生成中高壓蒸汽；中高壓蒸汽通過輸汽管道進入補汽凝汽式汽輪機(6)；汽輪機尾部乏汽進入凝汽器(8)，凝結水通過凝結水泵(9)和管道進入真空除氧器(10)，在除氧器內經除氧後的水通過鍋爐給水泵進入鍋爐；經過餘熱發電鍋爐降至1500c左右的煙氣直接進入熱管式供暖裝置產生800c左右的供暖熱水進入供暖系統；800c左右煙氣經煙囪(5)排出。
2.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其特徵在於所述的 中低溫餘熱發電設備系統，在熱管型餘熱鍋爐前端設置有陶瓷纖維除塵器；陶瓷纖維除塵 器除塵效率達99. 99% ；陶瓷纖維除塵器使用壽命達8年以上。
3.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其特徵在於陶瓷纖 維除塵材料由30%的陶瓷混合60%纖維物與其它高溫粘合劑在一定溫度下成形後製成， 耐高溫達800攝氏度、不燃燒，過濾效率高，過濾後排放氣體濃度最高能低至lmg/m3，過濾 精度高，可以過濾直徑小於1微米的塵粒，可以使用8年之久而不用更換，耐強酸強鹼等化 學腐蝕。
4.所述的中低溫餘熱發電設備系統，其設置在煙氣出口端的餘熱鍋爐(3)採用熱極速 導熱管作傳熱管，煙一汽分離設計，煙氣在極速導熱管下端運行，水在汽包內直接與極速導 熱管上端接觸；極速導熱管為密封結構，管內是特殊傳熱介質，管內不走水。
5.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化設備系統及工藝，其特徵在於所述的 餘熱發電及供暖一體系統的極速導熱型餘熱供暖裝置(4)是利用150°C左右的廢氣經換熱 後成生80°C的熱水，80°C的熱水由泵引入原有或新建的供暖系統作供暖熱暖用。剩餘低溫 廢氣通過煙囪(5)排入大氣。
6.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於所 述的中低溫餘熱發電及供暖一體化系統的工藝流程從窯爐(1)出來的約280-6500C的廢 氣進入陶瓷纖維高溫除塵器將塵含量控制在50mg/m3以內，杜絕灰堵傳熱管及避免顆粒物 對傳熱管的磨損；從陶瓷纖維高溫除塵器(2)出來的乾淨廢氣進入極速導熱式熱管型餘 熱鍋爐(3)；餘熱鍋爐產生的中高壓蒸汽通過輸汽管進入汽輪機；蒸汽在汽輪機內進行能 量轉換，汽輪機拖動發電機進行發電；做功後的乏汽進入凝汽器(8)，凝結水則通過軸封加 熱器進入真空除氧器(10)，然後通過給水泵(9)送入餘熱鍋爐；餘熱鍋爐排汙水通過排汙 管道分別進入定排擴容器及連排擴容器，定排擴容器及連排擴容器內汙水進入配套的降溫 池；汽輪機尾部乏汽經冷凝器冷卻後變為冷凝水，給水先後經過加熱器、低壓蒸發器、低壓 過熱器、高壓蒸發器、高壓過熱器，與煙氣進行逆向對流換熱；給水在加熱器被加熱成為飽 和熱水後，進入鍋爐汽包；經餘熱鍋爐換熱後的1500C左右的低溫煙氣進入極速導熱型供 暖裝置，生成800C左右的熱水送入供暖管道系統。
7.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於煙 氣進入陶瓷除塵器後，內部用作脈衝氣體的氣源採用氦氣，用氦氣作為噴吹用氣、所有煙道停運前後充氣保護氣和引風機軸封氣。通過這種工藝來隔絕空氣進入整個餘熱發電系統， 以達到防止氣體爆燃和因一氧化碳及氫氣含量過高而引起的爆炸。
8.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於煙 氣輸送用煙道和除塵器箱體及餘熱鍋爐取熱箱部分均採用緊固密封，包括所有儀表接口、 人孔、頂蓋、法蘭，防止空氣進入。
9.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於陶 瓷纖維除塵器下部灰鬥採用氮氣閉鎖旋轉閥，每班次排灰一次，保證良好密封和防止空氣 自灰鬥進入系統。
10.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於在 陶瓷纖維除塵器箱體及餘熱鍋爐取熱箱體上裝有高防爆門。
11.如權利要求1所述的餘熱發電及供暖一體化系統設備的工藝流程，其特徵在於 陶瓷纖維除塵器、餘熱鍋爐等單獨的分體設備前後端均設置有旁路，當系統中含氧量超過 3. 2%時，系統會自動切入旁路，保證主體設備正常運行。
全文摘要
一種餘熱發電設備系統和工藝，由設置在餘熱出口端的陶瓷纖維除塵裝置(2)；承擔發電用蒸汽製備裝置的極速導熱型熱管式餘熱鍋爐(3)；鍋爐煙氣排入口設置一極速導熱型供暖裝置(4)；極速導熱式熱管餘熱鍋爐所生成的中高壓主蒸汽經混合後通過管道進入補汽凝汽式汽輪機(6)，低壓蒸汽經補汽管道補入汽輪機(6)；汽輪機尾部乏汽進入凝汽器(8)，凝結水通過凝結水泵(9)和管道進入真空除氧器(10)，在除氧器內經除氧後的水通過鍋爐給水泵進入熱管式餘熱鍋爐(3)；鍋爐後端排放的低溫煙氣送入極速導熱型供暖裝置(4)。該一體化系統餘熱利用效率平均提高60％以上，較大幅度地降了企業的單位能耗，並解決了中低溫餘熱發電系統中鍋爐因灰堵和換熱管磨損造成的系統運行不穩定的問題，綜合發電效率提高30％以上。
文檔編號B01D46/30GK101852555SQ20091008077
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者童裳慧 申請人:童裳慧